OMAN : ein Obduktions
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215 OMAN: ein Obduktions-Orogen An konvergenten ozeanisch-kontinentalen Plattengrenzen können sich zwei Hauptsysteme entwickeln: (i) Die ozeanische Lithosphäre sinkt in den Mantel, unter die gegenüberliegende kontinentale Platte, und bildet dabei eine Benioff-Wadati-Fläche und ein Subduktionssystem aus. Dieses System ist so lange stabil und von Dauer, wie ozeanische Lithosphäre subduziert werden kann. (ii) Die ozeanische Lithosphäre kann jedoch auch über die kontinentale Lithosphäre geschoben werden. Dieser Vorgang wird als Obduktion bezeichnet. Obduktion ist ein Akkretionsmechanismus, der die kontinentale Kruste in einen Verdickungsmechanismus miteinbezieht, weil ozeanische Lithosphäre einen Kontinentalrand überlagert. Die so transportierten ozeanischen Gesteine werden Ophiolit-Komplexe genannt. Obduktion ist im Oman besonders gut dokumentiert, da hier die Konvergenz zwischen Arabia (Arabische Halbinsel) und Eurasia in der Oberkreide zu einer Überschiebung von ozeanischer Lithosphäre der Tethys auf den arabischen Kontinentalrand führte. jpb-Oman Tektonik – WS2016 216 Das Oman-Gebirge Ort Das Oman-Gebirge befindet sich im nordöstlichen Teil der arabischen Halbinsel, in der Konvergenzzone zwischen der arabischen und eurasischen Platte. Das Oman Gebirge bildet einen NW-SE verlaufenden Gebirgsbogen von ungefähr 700 km Länge und 40 bis 120 km Breite. Das Gebirge erstreckt sich von der Strasse von Hormuz im Nordwesten bis zum Arabischen Meer im Südosten. Die arabische Kontinentalplatte, deren südöstlicher Rand das Oman-Gebirge bildet, wird: - im Südwesten und im Süden durch die Spreizungszentren des Roten Meeres und des Golfs von Aden begrenzt, - entlang der Südostküste durch die Owen-Transformstörung im Arabischen Meer, jpb-Oman Tektonik – WS2016 217 - im Westen entlang der linkssinnigen Jordan-Transformstörung, und - entlang des Nord- und Ostrandes durch die Hauptsuturzonen der Tethys (Bitlis, Zagros), die in der Türkei und im Iran aufgeschlossen sind, begrenzt. - Der Ozeanboden des Golfs von Oman nördlich des Ophiolits ist kretazisch und wird nordwärts unter den aktiven Kontinentalrand von Makran und die kontinentale eurasische Lithosphäre subduziert. Geologischer Rahmen Das Oman-Gebirge zeigt den am besten aufgeschlossenen deformierten passiven Kontinentalrand, und ist deshalb am besten geeignet, fundamentale Prozesse wie Rifting, die Entwicklung passiver Kontinentalränder, spätere Überschiebungen usw. zu studieren und zu erforschen. Das OmanGebirge bildet eine Kontinent-Ozean Kollisionsgrenze überwiegend kretazischen Alters und wurde durch weitere Kompression und Hebung während des Tertiärs zusätzlich deformiert. Im Gegensatz zum Rest des Alpen-Himalaja-Kollisionsgürtels, wurde das Obduktionssystem nicht durch eine Kontinent-Kontinent-Kollision deformiert. Stattdessen verlagerte sich die Konvergenz in das Makran-Subduktionssystem. Das Oman-Gebirge beinhaltet drei tektono-stratigraphische Haupteinheiten. Von der strukturellen Basis aufwärts sind dies: - Das Grundgebirge; dieses wird von diskordanten Plattformkarbonaten mittel-permischen bis cenomanischen Alters überlagert. - Die permischen bis cenomanischen Plattformkarbonatgesteine bilden das relative Autochthon der Decken und die allochthonen Decken. - Die obere Einheit ist eine neo-autochthone sedimentäre Abdeckung von spät-Campan bis Tertiär. Autochthone und parautochthone Einheiten Die autochthonen und parautochthonen Einheiten beinhalten: * Relikte des prä-permischen Sockels des arabischen Schildes sind heute in Fenstern (Hatat Schists) aufgeschlossen und weiter im Süden sind diese noch autochthon. * Die Sedimente des arabischen Kontinentalrandes (Mittelperm bis Campan) bestehen überwiegend aus karbonatischen Schelf-Einheiten des früheren arabischen Randes (Hajar Supergroup). * Der vordere Bereich des Kontinentalrandes, wurde bis in Tiefen subduziert, in denen eklogitfazielle Metamorphose stattgefunden hat (Saih Hatat und As Sifah Fenster). Allochthone Einheiten Drei Hauptarten von allochthonen Komplexen wurden auf die arabische Plattform überschoben: * Relikte eines Kontinentalhanges: die Sumeini Decke, besteht aus karbonatischen Hangablagerungen permischen bis kretazischen Alters. * Relikte von Ozeanbecken-Sedimenten: der Hawasina Komplex und der Haybi Komplex stellen eine komplizierte Ansammlung von Überschiebungsdecken dar, von proximalen bis distalen Tiefseesedimenten permischen bis spät-kretazischen Alters, vulkanischen und Mélange-Einheiten, die tektonisch unter den Ophiolit-Decken liegen. Die Mélange-Einheiten des Hawasina (Haybi) Komplexes sind insbesondere für ihre exotischen Blöcke bekannt. jpb-Oman Tektonik – WS2016 218 * Relikte ozeanischer Lithosphäre: der Sumail Ophiolit ist das grösste und am besten aufgeschlossene Profil einer ozeanischen Lithosphäre der Welt. Er stellt die strukturell höchste Decke des Stapels von Resten des ehemaligen Tethysozeans dar. Postorogene Hülle Die Sedimente des Maastrichts bis Miozäns sind überwiegend Flachwasserkarbonate, die an der Basis lokal konglomeratisch entwickelt sind und diskordant in einer Onlap-Situation auf den tektonischen Decken liegen. Der Afro-Arabische Schild Kraton Die strukturell tiefsten Einheiten stellen den autochthonen Kontinent dar. Das Präkambrium besteht aus grünschiefer- bis amphibolitfaziellen Metasedimenten, die von Doleriten und einem grossen Volumen von kalk-alkalischen Granodioriten und Graniten intrudiert wurden. Geochronologische Daten zeigen für diese Gesteine ein spät-proterozoisches Alter (ca. 850600 Ma) an, welches mit den Panafrikanischen Gesteinen des Afro-Arabischen Schildes vergleichbar ist. Sie würden die Akkretion von Inselbögen und Mikrokontinenten an das Alte Gondwana darstellen. Die ältesten nicht metamorphen Gesteine (Huqf-Haushi, im Süd-Oman) haben ein Alter von Vendium bis frühes Kambrium. Zwei Vergletscherungsperioden wurden erkannt. Die erste fand zwischen ca. 725 und ca. 715 Ma statt, die zweite zwischen ca. 660 und 635 Ma. Glazigene Sedimente liegen in Wechsellagerung mit klastischen Flachwasser- und Tiefseesedimenten, die in Graben und Halbgraben abgelagert wurden und von einer Formation aus „Cap Karbonaten“ abgedeckt werden, welche das abrupte Ende der glazialen Epoche markiert. jpb-Oman Tektonik – WS2016 219 Diese spät-proterozoische (Huqf) Sequenz wird regional von einer transgressiv-regressiven evaporitisch-karbonatisch-tonigen (Ara und Fahud) Formation oder ihrer Zeit-äquivalenten (ca. 545 Ma) karbonatisch-vulkaniklastischen (Fara) Formation, in Jebel Akhdar, überlagert. Die Evaporite sind eine geologische Seltenheit, da sie Teile von Red-Bed-Abfolgen darstellen, die reichhaltige Kohlenwasserstoff-Muttergesteine und grosse Ölmengen enthalten. Die zyklischen Abfolgen von Karbonaten und Evaporiten wurden in flachen Beckenteilen mit beschränkter Zirkulation abgelagert, während die Muttergesteine in relativ tiefen anoxischen Bereichen des Beckens abgelagert wurden. Die Speichergesteine, meistens Dolomite, wurden im flachen Wasser auf dem benachbarten Schelfgebiet abgelagert. Diese Gesteine unterlagen keiner tiefen Versenkung und werden nach oben durch dicke Evaporitlagen versiegelt. Kontinentalrand Im Oman-Gebirge sind die tiefsten tektonischen Einheiten in den Domen des Jebel Akhdar und des Saih Hatat aufgeschlossen. Die Schichtabfolge vom Proterozoikum bis ins Altpaläozoikum bildet das autochthone Grundgebirge des Oman-Gebirges. Es gibt eine Hauptsedimentationslücke vom späten Silur bis Karbon. Die Gesteine des Grundgebirges wurden einer NW-SE verlaufenden Faltung und einer sehr niedrig gradigen Metamorphose (Grünschieferfazies) unterworfen, bevor die diskordanten Flachwasserkarbonate des Perms abgelagert wurden. Die permisch-mesozoischen Schichten sind vorwiegend Karbonatplattform-Ablagerungen (Perm bis Cenoman). Im Turon erfolgte eine Absenkung der Karbonatplattform (Vortiefe des Orogens, Muti Formation (Turon-Campan)) wodurch tiefer marine Sedimente abgelagert wurden. Wegen fehlender Zeitmarker, wie zum Beispiel Gangsystemen unterschiedlicher Generationen, die eine relative Datierung zulassen würden, ist es nur schwer möglich spät-paläozoische (Karbon, d.h. Herzynische) von spät-kretazischen Deformationsereignissen in den neoproterozoischen Gesteinen zu unterscheiden. Im Saih Hatat-Dom wurden die prä-permischen Strukturen durch eine intensive Deformation und durch eine Hockdruck-/Niedrigtemperatur-Metamorphose (Blauschiefer bis Eklogitfazies) überprägt, welche ebenfalls die permische bis mesozoische Abdeckung beeinflusst. Von der Riftbildung bis zur Ozeanboden-Spreizung Die Lithologien der wenigen Zentimeter bis hunderte Meter grossen exotischen Blöcke stammen von verschiedenen paläogeographischen Einheiten, die als resedimentierte und verkippte Blöcke des Kontinentalrands Omans, auf dem Nordrand des arabischen Schildes, interpretiert werden. Die sedimentäre Geschichte des passiven Kontinentalrandes Omans kann mit den heutigen Kontinentalrändern, wie zum Beispiel denen des Atlantiks, verglichen werden. In einem asymmetrischen Extensionssystem würde Oman den hängenden Kontinentalrand darstellen. Diese Geschichte dokumentiert das Auseinanderbrechen des Superkontinents Pangäa. Die Öffnung des Hawasina (Neo-)Tethys Ozeans begann im späten Perm. Die Riftbildung im arabischen Kraton setzte im frühen und späten Perm immer wieder neu ein. Ihr folgte eine mittel- bis spät-triassische Spreizung und Öffnung des Neo-Tethys-Ozeans. An den Gesteinen lässt sich erkennen, dass die thermische Subsidenz des passiven Kontinentalrandes gleichzeitig mit der Ozeanentwicklung bis in die mittlere Kreide erfolgte. Im späten Jura erfolgte eine möglicherweise kurz einsetzende Krustendehnung. Die geologischen Befunde zeigen, dass (1) im frühen Perm eine “nicht-vulkanische” Riftbildung erfolgte, welche hauptsächlich durch Bruchschollenbildung stattfand. (2) im späten Perm die Riftbildung von Vulkanismus begleitet war. Die Entwicklung einer Karbonatplattform beginnt am Rand der sich bildenden Tethys. (3) in der mittleren Trias bis in den frühen Jura ein alkalischer Vulkanismus das endgültige Auseinanderbrechen des Kontinents kennzeichnet. jpb-Oman Tektonik – WS2016 220 (4) bis zur späten Kreide thermische Subsidenz des Kontinentalrandes und die Entwicklung einer Karbonatplattform im proximalen Teil, sowie die Entstehung eines Tiefseebeckens im distalen Bereich erfolgten. (5) sich in der späten Kreide ein Vorlandbecken zu entwickeln beginnt. Riftbildung Der nördliche, passive Kontinentalrand von Arabien begann sich im Perm zu bilden. Es lassen sich zwei Merkmale festhalten: (1) Überflutung des arabischen Schildes als beinahe ungestörten Gesteinsuntergrund und (2) eine asymmetrische Riftbildung des Kontinentalrandes im Perm, der zu Abschiebungen und assoziierten Kippschollen führte. Ablauf: Spätes Karbon - Perm: Aufwölbung eines Gebietes, welches ungefähr die heutigen Omanberge umfasste und zur Erosion und zur Bildung von kontinentalen Klastika führte, die gegen Norden hin ausdünnen. Interne Diskordanzen deuten auf eine zeitweilige Hebung des Gebietes hin. Frühes Perm: Das untere Perm ist gekennzeichnet durch alluviale und flachmarine Ablagerungen mit weitverbreiteten, kreuzgeschichteten Sandsteinen, überlagert von bioturbierten Kalken, und stromatolitischen Tonsteinen. Die Strömung und somit auch der Sedimenttransport erfolgten von Nord nach Süd. Diese Sedimente können mit glazialen Sedimenten verglichen werden und entsprechen den glazigenen Dwyka Ablagerungen von Gondwanaland. Es sind Synrift-Sedimente, welche lokal mit einem bimodalen (Basalte und rhyolitische Tuffe), schwach alkalischen Magmatismus assoziiert sind. Dies unterstützt die These, dass sich der Rand auf Kosten der kontinentalen Kruste, die heute in den „autochthonen“ Gebieten Omans zu sehen ist, bildete. Frühe Störungen, welche gegen das ozeanische Becken hin einfallen, konnten später teilweise als Überschiebungen reaktiviert werden. Die Asymmetrie ist konsistent mit einem lithosphärischen simple-shear Modell und einem hangenden, passiven Kontinentalrand (obere Platte). Die grösste Extensionsstörung der Lithosphäre würde (in der heutigen Orientierung) gegen Norden einfallen. Spätes Perm: Im oberen Perm begann im Nordoman die Tiefseesedimentation. Die Sedimente beinhalten aufgearbeitetes Riffmaterial und werden charakterisiert durch ihre Ammonitenfauna. jpb-Oman Tektonik – WS2016 221 Die Sedimentation deutet auf gravitative Fliessprozesse (gravity flows) und auf einen gegen Norden gerichteten Sedimenttransport hin. Das Substrat besteht aus tholeiitischen Kissenlaven (tholeiitic pillows), die vermutlich die älteste ozeanische Kruste im Gebiet darstellen (Ozeanboden des Neo-Tethys Ozeans). Plattform und Kontinentalhang Im späten Perm entwickelte sich eine ausgedehnte stabile Karbonatplattform entlang des nordöstlichen arabischen Plattenrandes, die sich entlang der gesamten Zagros- und OmanGebirgsregion erstreckte. Diese beständige Karbonatplattform existierte über 160 Millionen Jahre bis ins Cenoman. Die Hawasina, Sumeini, und Haybi Einheiten repräsentieren Kontinentalfuss, Kontinentalhang und proximales Ozeanbecken. Spätes Perm: Das späte Perm zeichnet sich in den „autochthonen“ Gebieten und den Riftschultern durch eine transgressive Ablagerung von Flachwasserkalken (inkl. Riff) aus. Der Klimawechsel von eiszeitlich zu tropisch und der damit verbundene eustatische Anstieg des Meeresspiegels wird durch den Kollaps der oberpermischen Riftzone verstärkt. Dies ist der Beginn der thermischen Subsidenz. Die paläoklimatische Änderung von sub-glazial im späten Karbon zu intertropisch im späten Perm wird der nördlichen Drift der arabischen Halbinsel von ca. 50°S auf 30°S zugeschrieben. Trias-früher Jura: Die Sedimentabfolgen des Kontinentalrandes Omans dokumentieren die thermische Subsidenz der ausgedünnten kontinentalen und neu gebildeten ozeanischen Lithosphäre. Während die Sedimentation von Plattformkarbonaten am proximalen Kontinentalrand (Jebel Akhdar) im Allgemeinen mit der Subsidenz Schritt hielt, wurden im Hawasina-Becken proximale bis distale Turbidite abgelagert. Die Änderungen in der Turbiditfazies im Hawasina-Becken (Tethys) reflektieren Schwankungen in der Ozeanographie (Radiolarite unter der CCD: mittlere Trias) und relative Meeresspiegelschwankungen (siliziklastische Turbidite bei Meeresspiegeltiefständen: Guwayza-Sandsteine im Rhät und unteren Lias). Weiter vor der Küste, entwickelte sich in der späten Trias die Misfah-Plattform des Haybi-Komplexes auf Atollen, die durch einen vulkanischen unterseeischen Berg (seamount) gebildet wurden. Die Atolle waren während des fast gesamten Mesozoikums die Sedimentquelle von Megabreckzien, die mit den pelagischen Sedimenten des Hawasina-Beckens wechsellagern (Al Aridh, Ibra). Der Haybi Seamount wurde im frühen Jura zu einem Guyot: ein Hardground trennt die versunkene Karbonatplattform von überlagernden pelagischen Sedimenten (mittlerer Jura bis Cenoman). Später Jura-Cenoman: Während des Tithon-Berrias (150-130 Ma) werden das Überfluten des Nordrandes (Radiolarite, Onlap pelagischer Sedimente auf der Plattform bei Meerespiegelhochstand im späten Jura) und das Wölben der Innenzonen der Plattform mit der Kippung des arabischen Randes in Verbindung gebracht. Abschiebungen und starke Diskordanz in flachmarinen Karbonaten der Juraplattform widerspiegeln diese Flexur. Eine Kippung des Randes trat auch im Alb-Turon auf. Deshalb könnte eine Zunahme der Subsidenzrate im Cenoman die Biegung des kontinentalen Randes infolge des Einsetzens der Obduktion kennzeichnen. Das gesamte Gebiet wurde ab dem späten Turon reorganisiert, was die Bildung des Oman-Gebirges unterstreicht. Am Ende des Cenoman (90 Ma) wurde die Plattformsedimentation unterbrochen, als der passive Rand nach unten gebogen wurde, um das Aruma Vorlandbecken zu bilden. Aufwölbung und Erosion, gefolgt von Subsidenz und Abgleiten in die syntektonische Vortiefe endeten im Campan (70 Ma) mit der Entwicklung der Subduktions-/Obduktions-Gebirgskette. jpb-Oman Tektonik – WS2016 222 Tiefseebecken Das vormals ozeanische Hawasina Becken kann als 300 km weites Becken des äusseren Kontinentalrandes rekonstruiert werden. Vom späten Perm bis in die späte Kreide wurden pelagische Gesteine auf dem distalen, passiven Rand (Sumeini, proximal Hawasina) und im Ozeanbecken nordöstlich des arabischen Kratons abgelagert. Der Ophiolit Die Sumail Ophiolite entstanden während des Cenoman (Alter von Plagiograniten, Trondhjemiten und Gabbros: 98-95 Ma). Sie sind eine der komplettesten Abfolgen ozeanischer Kruste und des oberen Mantels auf der Erdoberfläche. Aufgeschlossen sind sie als eine halbmondförmige Decke von ca. 550 km Länge und 50-100 km Breite und > 10 km Mächtigkeit. Die Ophiolit-Decke wurde durch tektonische Ereignisse nach der Obduktion in zwölf, relativ intakte Hauptmassive zerrissen. Petrologische und strukturelle Kriterien und geochemische Signaturen der Sumail Ophiolite lassen darauf schliessen, dass die meisten Ophiolite an einem Spreizungszentrum mit hoher Spreizungsrate gebildet wurden. Die tektonische Bedeutung, ob mittelozeanischer Rücken oder Backarc-Becken, wird immer noch debattiert. Paläo-Rückensegmente wurden durch die strukturellen und petrologischen Eigenschaften der Gangkomplexe, der Gabbros und der darunterliegenden Peridotite identifiziert. Die plutonischen und vulkanischen Gesteine kalk-alkalischer Geochemie werden dem beginnenden Magmatismus eines Inselbogens zugeschrieben, welcher die Sumail Ophiolite intrudiert hat, nachdem sie zu einer Lithosphäre über dem Subduktionsslab geworden sind. Kruste Die krustale Abfolge ist ca. 4 bis 9 km mächtig und ist lokal durch Pyroxenite, Gabbronorite, OlivinGabbros und Wehrlite von jüngerem Bogen-Magmatismus intrudiert. Sedimente Die oberste sedimentäre Schicht besteht aus pelagischen Tiefseeablagerungen, z.B. radiolaritischen Hornsteinen, Karbonat-Lutiten (calcilutite), roten Argilliten und untergeordnet vulkanoklastischem Material. Laven Die darunter liegende Lavaeinheit besteht überwiegend aus Kissenlava und massivem MORB-typ Basalt mit Palagonit (palagonite) und/oder pelagischem Sediment in den Zwischenräumen; Gänge, Sills, Lavaschläuche und massive Lavaströme sind anwesend. Die Basalte wurden häufig durchdringend durch hydrothermale Fluids verändert und unterlagen Grünschiefermetamorphose. Die obersten Einheiten schliessen Inselbogentyp-Laven (insbesondere Boninite) ein, die auf den Laven und Sedimenten der oberen ophiolitischen Kruste abgelagert wurden. Ihr sporadisches jpb-Oman Tektonik – WS2016 223 Auftreten offenbart einen beginnenden und kurzlebigen (zwischen ca. 95 und 92 Ma) Bogenmagmatismus in der Nähe des ehemaligen Rückens auf der hangenden Platte der intraozeanischen Subduktion. Gangkomplex Der Gangkomplex (sheeted dike complex) geht an seiner oberen Grenze in basaltische Kissenlaven und massive Basalte über. An der Basis intrudieren entweder Gänge in Gabbros und subsidiäre Plagiogranite oder werden von diesen Einheiten intrudiert. Diese gegenseitige intrusive Beziehung weist auf eine fortlaufende magmatische Aktivität hin. Die hauptsächlich doleritischen Gänge, und einige Gabbro-, Albitit- und Rodingit-Gänge, verlaufen regional NW-SE, was als die heutige Orientierung der Paläo-Rückenachse angenommen wird. Gabbros Der obere Teil der gabbroiden Abfolge ist einige hundert Meter mächtig. Die Abfolge besteht meistens aus massiven Quarz-Gabbros, Gabbros oder Troktolithen mit wenig Diorit, Quarz-Diorit, Trondhjemit, Plagiogranit und Granophyr. Charakteristisch ist, dass das Gefüge zum Top der Abfolge steiler wird, was ein primäres Merkmal sein könnte. Die Schieferung in den obersten Bereichen der Gabbros verläuft parallel zum Streichen der Gänge im Gangkomplex. Die untere Gabbro-Sequenz jpb-Oman Tektonik – WS2016 224 (1-4 km mächtig) ist gekennzeichnet durch eine rhythmische Schichtung im Massstab von 0.5cm bis 2m. Die Schichten sind parallel zum flachen, unteren Kontakt mit ultrabasischen Mantelgesteinen. Die meisten Schichten sind homogen zwischen den scharfen oberen und unteren Grenzen. Wenige gradierte Schichten zeigen die normal liegende Position der Sequenz. Die Schichtung entsteht durch zyklische Anlagerung von Material entlang der invertierten Wände einer zeltförmigen Magmakammer. Diese steile Orientierung steht im Gegensatz zur flachen, Mohoparallelen Orientierung des geschichteten Gabbros, welcher die unter-krustalen Schichten bildet. Die geschichteten Gabbros wurden von Wehrliten mit MORB-ähnlicher und kalk-alkalischer Affinität intrudiert. Die Krusten-/Mantel-Übergangszone (Moho) ist wenige Meter bis einige hundert Meter dick. Gabbro-Linsen sind in Dunite, Plagioklas- und Pyroxen-imprägnierte Dunite, und verarmte Harzburgite eingebettet. Der Gabbro-Inhalt steigt nach oben auf Kosten der anderen Gesteinsarten. Bemerkung: Da der Mantel aufgeschlossen ist, ist die Moho weder eine Subduktions-, noch eine Abscherfläche. Mantel Ein Grossteil der Mantel-Sequenz besteht aus grobkörnigen Harzburgiten mit „Schichten“ aus Dunit und Pyroxenit. Frühe Hochtemperatur-Gefüge, definiert durch die Orientierung von Orthopyroxen, werden als Fliessmuster, die innerhalb des Mantels entstanden sind, interpretiert. Reste von Orthopyroxen zeigen, dass die meisten Dunite aus der Auflösung von Harzburgit-Pyroxenen durch Gesteinsschmelzen stammen, welche in Richtung Kruste während der Bildung des Ophiolites zirkulierten. Der dominierende Mantelfluss ist senkrecht zur Spreizungsachse in einer Ebene sub-parallel zur unteren Grenze des geschichteten Gabbros, d.h. der petrologischen Moho, was auf eine gleichmässige Akkretion von ozeanischem Material hindeutet. Diese regelmässige Fliessgeometrie wird von 10-15 km breiten Manteldiapiren gestört, um welche der oberste Mantelfluss divergiert. Diese Diapire waren der Kanal, entlang welchem die Schmelze während des Aufstiegs unter den Rücken gelenkt wurde. Variationen sowohl im Fliessgefüge als auch im Gangkomplex entlang des Streichens des Rückens zeigen, dass der Rücken in der Grössenordnung von 50-100 km segmentiert (segmented) war. jpb-Oman Tektonik – WS2016 225 Die Mantelperidotite zeigen zwei aufeinanderfolgende Phasen plastischer Deformation: -1) Die erste erzeugte eine durchdringende, grobe, porphyroklastische Foliation. Diese steht im Zusammenhang mit dem Fliessen des Gesteins unter niedrigen Spannungen und hohen Temperaturen in der Asthenosphäre (lithosphärische Akkretion). -2) Die zweite erzeugte eine feinkörnige mylonitische Foliation in den unteren 150-2000 m des Peridotits. Diese spiegelt niedrige Temperaturen und hohe Spannungen als Folge der intraozeanischen Überschiebungen wider, welche das Anfangsstadium der Obduktion darstellen. In dieser Phase bildeten sich Hochtemperatur-Scherzonen, welche parallel zum paläomittelozeanischen Rücken verlaufen. Die Scherzonen sind in struktureller Kontinuität mit der darunter liegenden metamorphen Sohle verbunden. Metamorphe Sohlfläche Die Basis des Sumail Ophiolits ist eine metamorphe Hochtemperatur Scherzone, eine sogenannte metamorphe Sohlfläche (metamorphic sole). Die Sohle ist einige 100 m dick und enthält Hochtemperatur Mylonite (800-1000°C), die von Amphibolit-faziellem Metabasalt, Marmor, Schiefern und Kieselschiefer-Linsen unterlagert werden. Diese Gesteine, welche von der subduzierten Platte abgeschabt und durch Grünschiefer-Fazies-Vergesellschaftungen überprägt wurden, unterscheiden sich geochemisch von den überliegenden Ophioliten. Eine Hauptüberschiebung trennt die metamorphe Sohle von den liegenden, weniger metamorphen sedimentären und vulkanischen Gesteinen. Die Strukturen der metamorphen Sohlfläche stimmen mit einer Transportrichtung in nordost-südwestlicher Richtung überein. Obduktion Die Konvergenz begann im Apt-Alb (110-120 Ma). Dies hängt mit einer Änderung in der Relativbewegung von Afrika in Bezug auf Eurasien und der gleichzeitigen Öffnung des Südatlantiks zusammen, welche durch ein Superplume-Ereignis ausgelöst worden sein könnte. Die geologischen Daten gestatten es, zwei Hauptstadien zu entschlüsseln: 1) Überschiebung ozeanischer Lithosphäre kurz nach ihrer Bildung auf die benachbarte ozeanische Kruste ohne Auftauchen. Die mesozoische ozeanische Kruste der Neo-Tethys und ihre Sedimentbedeckung wurden in einer ozeanwärts einfallenden (Nordost) intraozeanischen Subduktionszone subduziert. jpb-Oman Tektonik – WS2016 226 2) Überschiebung ozeanischer Lithosphäre auf den Kontinentalrand mit Auftauchen. Die Subduktion verbrauchte zuerst die ozeanische Lithosphäre der arabischen Platte und zog dann den südlichen Kontinentalrand der Tethys in den Mantel. Innerozeanische Subduktion Es gibt drei unabhängige Argumente für die frühe intraozeanische Subduktion: - Auf den Ophioliten entsteht Magmatismus, im Übergangsbereich zwischen tholeiitischem und kalk-alkalischem Vulkanismus, was auf Hydration eines heissen Mantelkeils und einer daraus resultierenden partiellen Aufschmelzung schliessen lässt. - Negative ε Nd und U-Pb Alter von Gängen von hydratisiertem Mantel deuten an, dass die intraozeanische Überschiebung innerhalb 0,25-0,5 Ma nach der Bildung der ophiolitischen Kruste stattfand. - Ar-Ar Hornblende Alter der metamorphen Sohlfläche geben einen Bereich von 96 bis 91 Ma an, welcher aufgrund rascher Abkühlung, das Einsetzten der intraozeanischen Überschiebung datiert. Die relativ kurze Zeitspanne von der Kristallisation der ozeanischen Kruste bis zur Abkühlung der metamorphen Sohle unterstützt die Interpretation, dass kaltes Material unter ein aktives Spreizungszentrum subduziert wurde, folglich fand eine rückennahe Subduktion statt. Die Sumail Ophiolite wurden somit überschoben als diese jung und heiss waren. Diese Interpretation wirft die Frage auf: wie alt war und kann die jüngste subduzierte ozeanische Lithosphäre sein? Auftriebsbedingungen Der Auftrieb der Lithosphäre ist der Faktor, der die Subduktion einer Platte bestimmt. Die Dichte der ozeanischen Lithosphäre nimmt nach der Bildung der Platte am Rücken im Wesentlichen mit dem jpb-Oman Tektonik – WS2016 227 Abkühlen zu, was in der Tiefseemessung des Ozeanbodens weg vom spreizenden Rücken reflektiert wird. In anderen Worten stellt sich die Frage, wo die thermische Entwicklung eine kalte Lithosphäre produziert, die unter Berücksichtigung der Dichte wahrscheinlicher subduziert als obduziert wird. Abschätzungen, welche annehmen, dass lokal Isostasie herrscht, zeigen an, dass im Durchschnitt 510 Ma alte, 15-20 km dicke ozeanische Lithosphären einen negativen Auftrieb haben. Dieses Alter ist jedoch schwierig, mit einer Subduktion in der Nähe eines Rückens in Übereinstimmung zu bringen. Denn, wenn der Rücken schnell war (5 cm/a als halbe Spreizungsrate) ist eine 10 Ma alte Kruste 500 km entfernt entstanden. Da also eine Gravitationsinstabilität nicht ausreichte, um Subduktion im Oman zu initiieren, muss ein tektonisches Ereignis (eine Änderung in den Plattenbewegungen) verantwortlich für das „Verschlucken“ des Rückens und die Ursache der Verkürzung sein. Übung: Berechnen Sie die Dichte in Funktion des Alters der ozeanischen Lithosphäre. Nehmen Sie eine konstante Dicke von 5 km und eine Dichte von 2,9 g/cm3 für die ozeanische Kruste, eine Dichte von 3,3 g/cm3 für den lithosphärischen Mantel und 3.25g/cm3 für die Asthenosphäre an. Zeichnen Sie die resultierende Kurve und kommentieren Sie die isostatischen Eigenschaften der ozeanischen Lithosphäre. Diese Überlegungen führen zu einer allgemeinen Zusammenfassung hinsichtlich der Obduktion: (1) Die Ophiolite sind nur 0-10 Ma alte ozeanische Lithosphären zur Zeit ihrer Obduktion. jpb-Oman Tektonik – WS2016 228 (2) Mechanische Überlegungen fordern, dass die maximale Temperatur um die entkoppelnde Zone nicht grösser als 1000°C ist. Überschiebung der ozeanischen Lithosphäre Die fortschreitende Überschiebung und letztendlich die Platznahme des Ophiolits auf den kontinentalen Gesteinen führte zur Ausbildung einer randlichen Aufwölbung und eines Vorlandbeckens. Deckschicht-Tektonik, mit einem Hauptabscherhorizont im präpermischen Sockel, dominiert den gesamten Kontinentalrand des Omans. Hochdruck-/Niedrigtemperatur-Metamorphose (HP-LT) in den Grundgebirgsund Schelfablagerungen des Kontinentalrandes (Fenster von Saih Hatat) deuten auf die Subduktion des letzteren hin. Diese Hochdruckmetamorphose führt zur Bildung von Fe/Mg Karpholit + Lawsonit (610 kbar), chromitischem Glaukophan (12-15 kbar) und Eklogiten (ca. 20 kbar). Ar-Ar Geochronologie an Hellglimmern zeigen Abkühlalter (130-82 Ma) die älter sind als die Platznahme der Decken (75-70 Ma). Informationsgehalt von Sedimenten Die Abfolge der frühen Obduktion ist folgendermassen: * Akkumulation siliziklastischer Sedimente und umgelagerter lithoklastischer Karbonate in einem Foredeep-Becken im Turon. * Bildung einer Mélange im Nordosten (Batain). Dies ist eine tektonische Formation mit unendlich vielen, nicht-stratigraphischen Kontaktflächen und nur schwach ausgeprägter Matrix. Sie entstand mehr oder weniger durch gravitatives Gleiten. Schollen von permischen und triassischen Kalksteinen treten oftmals zusammen mit Basalten auf. Diese Beobachtungen führen zu folgender Interpretation: 1. Zuerst erfolgte die Verschuppung von Tiefseeabfolgen, in grosser Entfernung vom Kontinentalrand. Es handelt sich dabei um Huckepack-Überschiebungen (piggy-back thrusts) in Richtung des Vorlandes. Die Überschiebungen setzen sich im Liegenden fort. Die Gesamtstruktur ist einfach und die ganze stratigraphische Abfolge ist erhalten. Daher ist eine Rekonstruktion möglich. 2. Mittel- bis spätkretazische Platznahme (Campan). Die Sohlfläche erfasst prä-permische Einheiten (sofern diese in der Kulmination auftreten) und taucht Richtung Süden auf. Metamorphosedaten Die zweiphasige Obduktionsgeschichte bewirkte zwei unterschiedliche Typen kretazischer Metamorphose: 1. Hochtemperatur-Metamorphose an der Basis des Sumail Ophiolits. 2. Blauschiefer- bis Eklogit-fazielle Metamorphose in den Gesteinen, welche dem arabischen Kontinentalrand zugeordnet werden und welche in tektonischen Fenstern, z.B. Saih Hatat, aufgeschlossen sind. jpb-Oman Tektonik – WS2016 229 Metamorphe Hoch-Temperatur Sohle Metamorphe Hochtemperatur Sohle Hoch-Temperatur metamorphe Sohlen bildeten sich als Folge des nach unten gerichteten Wärmetransports, als heisse, junge ozeanische Lithosphäre über ältere, kältere Lithosphäre überschoben wurde, wobei ein inverser metamorpher Gradient entstand. An der Basis der Oman Ophiolite nimmt der Metamorphosegrad durch die basalen Scherzonen nach unten stark ab: von ca 1000°C mylonitischen Peridotiten zu überlagerten Schuppen von Granulit-, Amphibolit- (T = 750900°C und P 5-14 kbar, d.h. 15-50 km tief), bis zu Grünschiefer-faziellen (T ≈ 500°C) mafischen Gesteinen auf unmetamorphem Material. Die Hochtemperatur metamorphen Bedingungen der partiell geschmolzenen unteren Granulit- bis oberen-Amphibolit-Fazies-Sohle (< 500 m mächtig) deuten auf Rückeninversion und Überschiebung von Peridotiten mit sublithosphärischen Temperaturen hin. Die Abkühlung der metamorphen Sohle ist auf ca. 100-95 Ma datiert (Ar-Ar Alter von Hornblende und konkordante Zirkone von Leukosomen). Dasselbe Alter der Hochtemperatur-Metamorphose in der Sohle und der ophiolitischen Trondhjemite weist zudem auf intra-ozeanische Überschiebung einer sehr jungen ozeanischen Lithosphäre in der Nähe des Rückens hin. Hochdruck-Abfolgen In den autochthonen und parautochtonen Einheiten steigen sowohl die Verformung als auch der Metamorphosegrad gegen Nordosten mit dem aufeinanderfolgenden Auftreten von Pumpellyit, Epidot und blauem Amphibol an. Die gesamte metamorphe Zonierung des Gebiets stimmt mit einer nach Nordosten tauchenden Subduktion überein, kann aber tatsächlich in zwei unterschiedliche strukturelle Niveaus unterteilt werden: 1. Die tiefsten strukturellen Ebenen, in einem Fenster innerhalb des Saih Hatat Fensters, werden repräsentiert durch mafische Boudins, die Minimumdrücken von 20 kbar unterlagen. Diese Daten weisen darauf hin, dass ein Teil des nördlichen arabischen Kontinentalrandes in eine Tiefe von mehr als 60 km subduziert wurde. Glaukophan zeigt an, dass Eklogite bei 10-12 kbar und 500580°C rekristallisierten. U-Pb Alter von Zirkonen, die aus Eklogiten extrahiert wurden, und SmNd Granat-Granat Lauge -- Gesamtgestein Isochronen begrenzen das Alter des jpb-Oman Tektonik – WS2016 230 Metamorphosehöhepunkts zwischen 110 ± 11 und 79.1 ± 0.3 Ma. Eklogite, die älter als der ca. 95 Ma alte Ophiolit sind, wurden während der Subduktion rekristallisiert. Die dazugehörigen Abkühlalter (Ar-Ar und K-Ar Methode) betragen zwischen 90 und 70 Ma. 2. Höhere strukturelle Ebenen im südlichen Teil des Saih Hatat-Fensters und im nordöstlichen Teil des Jebel Akhdar Fensters sind die Hochdruck-Grünschiefer, die durch Karpholit, Lawsonit und Natrium-Amphibol gekennzeichnet sind. Karpholit-Kaolinit-Vergesellschaftungen wurden bei 180-250°C, 8-10 kbar, und Karpholite-Pyrophyllit-Vergesellschaftungen bei 250-350°C, 6-8 kbar rekristallisiert. Weiter im Süden herrscht Grünschiefer-Fazies vor. Die petrologischen Daten dieses Gebietes reichen nicht aus, um den P-T-Pfad genau zu rekonstruieren, der daher nur spekulativ ist. Ar-Ar Alter an Glimmern aus Niederdruckgefügeelementen liegen bei ungefähr 80 Ma. Die Hochdruckgesteine gelangten frühestens im oberen Maastricht (vor 65 Ma) an die Oberfläche, wo sie anschliessend praktisch ungestört blieben. Die Exhumationsrate der Blauschiefer und Eklogite wird auf 3 bis 5 mm/a geschätzt. Ein Exhumationsproblem ? Strukturelle Studien zeigten, dass ein Teil der Freilegung der Hochdruckgesteine im Zuge von Nordost-gerichteter Scherung während der Hochdruckmetamorphose erfolgte. Um diese zur regionalen Transportrichtung entgegengesetzte Vergenz zu erklären, wird die Exhumierung von Hochdruckgesteinen begründet mit: • Extension • Extensionalem Kollaps • Auftrieb während regionaler Konvergenz. jpb-Oman Tektonik – WS2016 231 Kinematik und Strukturen Die Sumail Ophiolite bildeten einen orogenen Deckel, der, wie die Ostalpinen Decken in den Alpen, als “traîneau écraseur” fungierte. Die Überschiebung der Ophiolite beinhaltete eine huckepackartige Platznahme der hintereinander liegenden Decken, einschliesslich des permisch-mesozoischen Ozeanbodens und der Sedimente des Kontinentalsockels (Hawasina Komplex). Diese überlagern eine nach der anderen die permisch-mesozoischen Karbonate des Kontinentalabhangs (Sumeini Gruppe) und der Küstenebenen (Haybi Gruppe). Spätere nordostgerichtete Scherung, die von Schubzonen, extensiven Duplexstrukturen und isoklinalen Falten charakterisiert wird, entspricht der Exhumation des subduzierten Materials. Deckschicht-Tektonik Die Sumail Ophiolite bildeten einen orogenen Deckel, der, wie die Ostalpinen Decken in den Alpen, als “traîneau écraseur” fungierte. Die Überschiebung der Ophiolite beinhaltete eine huckepackartige Platznahme der hintereinander liegenden Decken, einschliesslich des permisch-mesozoischen jpb-Oman Tektonik – WS2016 232 Ozeanbodens und der Sedimente des Kontinentalsockels (Hawasina Komplex), mit ein. Diese überlagern eine nach der anderen die permisch-mesozoischen Karbonate des Kontinentalabhangs (Sumeini Gruppe) und der Küstenebenen (Haybi Gruppe). Die Hawasina-, Sumeini und Haybi-Abfolgen bilden Sediment-Decken, die von ihrer Unterlage abgeschert wurden. Die Hauptsohlfläche erfasst prä-permische Einheiten (sofern diese in der Kulmination auftreten) und taucht Richtung Süden auf. Hawasina Decke Ein Teil der Hawasina-Abfolgen wurden unter dem Sumail-Ophiolit in komplexer Weise deformiert und metamorphisiert (im Hawasina-Fenster, analog zu den penninischen Sedimentdecken im Wallis und Graubünden), ein Teil wurde vor dem Sumail an den Aussenrand des Gebirges verfrachtet und bildet dort einen allochthonen Falten- und Überschiebungsgürtel (in den Hamrat Duru ranges, analog zu den präalpinen Decken der Alpen). Dabei erfasst die Abscherung zuerst die jüngeren, jurassischkretazischen Sedimente, welche vorwiegend in den unteren Hawasina-Decken akkumuliert werden, dann die triassischen, welche zu einem grossen Teil die oberen Hawasina-Decken aufbauen. Die Hawasina Abfolge wiederholt sich mehrere Male durch Überschiebungen und Auffaltung. So stellt sie einen Standard-Schuppenstapel dar, in dem normalerweise die distaleren Einheiten proximalere überlagern. Im Coniac bis Campan (90-72 Ma) fand die Hauptverlagerung des Hawasina-Keils statt, markiert durch das tektonische Wachstum von Kulminationen. Die sich nach West-Südwest vorschiebende Überschiebungsbasis taucht im Süden auf, und der Stapel zeigt einen charakteristisch bogenförmigen zum Gebirgsbogen sub-parallelen Verlauf. Die Sedimente des Hawasina Beckens sind schätzungsweise insgesamt mehr als 400 km transportiert worden. Das Ende der Platznahme ist gekennzeichnet durch das erste Auftreten von magmatischen Gesteinen auf dem arabischen Kraton im Mittel- bis Spät-Campan (78-72 Ma). Profilausgleich und Wiederherstellung der Decken deuten darauf hin, dass sich der Ophiolit nach der intraozeanischen Überschiebung vor ca. 95 Ma, und vor Erreichen des Kontinents vor ca. 75 Ma, entlang der metamorphen Sohlfläche um 250 bis 350 km über die Ablagerungen des Kontinentalhanges und Schelfes hinweg bewegt hat. Die zusätzliche Bewegung über den Kontinent beträgt 150 km. Dies ist gleichzusetzen mit einer Unterschiebungsakkretion unter die Sumail Ophiolite durch Stapelung von distalen und proximalen Einheiten. Übung Die Obduktionsgeschichte umfasst ca. 27 Ma. Berechnen Sie die durchschnittliche Konvergenzrate zwischen dem Sumail Ophiolit und dem passiven Kontinentalrand. Passt diese Rate in die Daten der Plattentektonik? jpb-Oman Tektonik – WS2016 233 Nordost-gerichtete Scherung Die nördliche Grenze des Saih Hatat Fensters schliesst einen wichtigen Abscherhorizont auf, der Hochdruck- und Blauschieferfazies-Gesteine, die Eklogite enthalten, von weniger metamorphen Gesteinen trennt. Beide Seiten des Abscherhorizontes liegen in permischen Sedimenten. Ein starker metamorpher Kontrast (bis 6 kbar) tritt entlang dieser nach Norden einfallenden und flachen Abscherzone auf. Dieser metamorphe Kontrast impliziert einen grossen Versatz des Hangenden, das ein intensives, Nordost-gerichtetes und nicht-koaxiales Gefüge zeigt. Die relative Exhumationsrate der Hochdruckgesteine wird auf 3-5 mm/a zwischen 80 und 70 Ma geschätzt. Die nach Nordosten gerichtete Scherung ist für die regionale Schieferung und die Duplexartigen Schuppenzonen in den permischen-kretazischen Plattformsedimenten der Jebel Akhdar Region verantwortlich. Gravitative Falten kommen auf beiden Flanken der Dome vor und dokumentieren sowohl süd-, als auch nordgerichtete Relativbewegungen. Extensionsstrukturen werden dem gravitativen Abgleiten an den Flanken der syn-Obduktionskulminationen zugeschrieben. Der Kollaps der Kulmination variiert nach Alter. Dom Strukturen Die känozoische Deformation des Oman-Gebirges ist verantwortlich für grosse Antiformen, die erodiert wurden und nun eine Serie von kofferförmigen, tektonischen Fenstern (von Ost nach West: Saih Hatat, Jebel Akhdar und Hawasina) bilden, die die Ophiolitdecke und das darunterliegende Grundgebirge verfalten. In diesen Fenstern werden zwei Hauptphasen duktiler Deformation von NESW parallel streichenden Streckungslinearen begleitet. Die domförmigen Aufwölbungen werden üblicherweise als Rampen-Antiklinalen interpretiert, die eine frühere, prä-permische (variszische) Schieferung falten. Die Rampen-Antiklinalen würden dann gleichzeitig mit der Platznahme der Ophiolit-Decken sein. Alternativ können sie auch post-obduktionale, känozoische frontale Knickungen über blinden Aufschiebungen darstellen, die das Grundgebirge stören. Saih Hatat Fenster Das Saih Hatat Fenster enthält die tiefsten strukturellen Einheiten des Oman-Gebirges. Es enthält eine grosse, wiederverfaltete, liegende Antiklinale, die eine NE-Vergenz aufweist. jpb-Oman Tektonik – WS2016 234 Im Kern dieser Antiform finden sich prä-ordovizische Sedimente die von mesozoischen Plattformkarbonaten umschlossen werden. Im Saih Hatat Fenster nehmen die Deformationsintensität und der Metamorphosegrad in nordöstlicher Richtung zu. Im nordöstlichen Teil des Saih Hatat Fensters, dem Sifah Teilfenster, treten Eklogite als mafische Boudins auf. Jebel Akhdar Fenster Das Jebel Akhdar Fenster stellt eine externe Zone der arabischen Einheiten in Bezug auf das Saih Hatat Fenster dar. Zwei Hauptphasen duktiler Deformation mit NE-SW parallel streichenden Streckungslinearen werden in diesen Fenstern gefunden. Känozoische Tektonik Im Maastricht erfolgte wieder Flachwasser-Karbonat-Sedimentation über die abgesunkenen Obduktionsstrukturen. Karbonat-Sedimentation war fast kontinuierlich bis ins Oligozän; lokale Winkeldiskordanzen deuten auf geringe Bruchschollenbildung hin, die differentieller Hebung entlang des erodierten Gebirgsgürtels und Meeresspiegelschwankungen auf einem ziemlich stabilen Kontinentalrand zugeschrieben werden. Die Hebung und heutige Morphologie des Oman-Gebirges wird durch oligozäne, vorlandgerichtete Überschiebung und Faltung verursacht. Erneute Kompression reaktivierte die Überschiebungen der späten Kreide, was frontale Knickungen parallel zum gebogenen Oman-Gebirge hervorbrachte. Die resultierende Verkürzung scheint nach Norden um den Gebirgsbogen herum zuzunehmen und wird von Deckschicht-Tektonik begleitet. Diese wird von der zunehmenden Nähe der KontinentKontinent-Kollisionszone im Zagros Gebirge verursacht. Spaltspurendaten weisen auf eine zweiphasige Abkühlungsgeschichte hin, eine schnelle Abkühlung vor 45-35 Ma und eine darauf folgende langsame Abkühlung, die vor 25 Ma einsetzte und bis heute andauert. Die erste Phase kann eine ferne, frühe Phase der Kollision im Zagros, im Nordwesten, darstellen; gleichzeitige Erosionsexhumierung führte zur Ablagerung einer dicken Sedimentsabfolge im Vorlandbecken. Das Ereignis nach 20 Ma und die gleichaltrigen Fan Konglomerate werden vorläufig mit der Hauptfaltungsphase und der anschliessenden Erosion des Zagros-Gebirges verknüpft. Im mittleren bis späten Miozän herrscht wieder Gravitations-Tektonik vor. Verschiedene Stufen von Terrassen und erhöhte Strandlinien entlang der Küste zeigen eine rezente Hebung an. jpb-Oman Tektonik – WS2016 235 Plattformablagerung nach der Überschiebung Eine Hauptdiskordanz befindet sich im Späten-Maastricht (68-65 Ma). Rudistenhaltige Strandablagerungen liegen über allen allochthonen Einheiten, und insbesondere über den obduzierten Sumail Ophioliten. Diese Diskordanz zeigt, dass die Hebung des Oman-Gebirges im frühen Maastricht erfolgte, nachgewiesen durch eine Erosions-Diskordanz, onlaps und fluviatile bis flachmarine Sedimente des Maastricht. jpb-Oman Tektonik – WS2016 236 Während des späten Paläozäns bis ins mittlere-späte Eozän (58-42 Ma) setzte die Sedimentation von flachmarinen fossilführenden Kalken wieder ein. In dieser Zeit blieben die nördlichen Teile des Oman-Gebirges auf einem strukturellen Hoch. Die stabile flachmarine Karbonatsedimentation dauerte 20-25 Ma vom mittleren Paleozän bis ins späte Eozän, bevor es zu einer erneuten Regression kam. Sowohl an den nördlichen als auch an den südlichen Flanken des Gebirges wurden im Oligozän marine Karbonate abgelagert. Im Miozän begann die Hebung des Gebirges. Diese Schelf-Abdeckungsfolge wurde im Miozän durch eine Deformationsphase gefaltet, die mit der Haupthebung des Oman-Gebirges verbunden ist. Leichte, aufrechte Falten zeigen nur einen kleinen Anteil der Verkürzung an. N-S und E-W Faltenachsen in tertiären Strukturen weisen auf Dom- und Becken-typische Falteninterferenzstrukturen hin, als Ergebnis biaxialer Kompression. jpb-Oman Tektonik – WS2016 237 Tertiäre (35-45 Ma) alkalische vulkanische Gesteine treten entlang von reaktivierten Störungszonen auf und zeigen eine intermediäre Extensionsperiode an, die vielleicht älter als das Rift des Roten Meeres ist. Paläomagnetische Daten Paläomagnetische Daten deuten auf ca. 50°-Rotation der ophiolitischen Decken im Gegenuhrzeigersinn während der intra-ozeanischen Überschiebung und der kontinentalen Obduktion hin. Metallhaltige Sediment-Zwischenlagen in den Vulkaniten und den Ophioliten dienen als gut datierbare Paläo-Horizonte (Alb-Cenoman). Geringe Inklination bestätigt, dass die Sumail Ophiolite in äquatornahen Breiten entstanden und übergeschoben wurden. jpb-Oman Tektonik – WS2016 238 Paläomagnetische Deklinationen sind hauptsächlich Nord-Nordost / Süd-Südwest, aber NordwestSüdost Richtungen wurden auch gemessen. Diese Richtungen sind wahrscheinlich nicht gleich alt und ihre relative Chronologie konnte nicht festgestellt werden. Es ist unwahrscheinlich, dass ein Massiv individuell rotiert wurde, da die Gänge immer parallel verlaufen und beide paläomagnetischen Richtungen im selben Massiv auftreten können. Serpentinisierung und andere hydrothermale Prozesse können eine wichtige Rolle für diese mehrfachen Magnetisierungsphasen gespielt haben. Struktur auf Krustenmassstab Seismische Profile und Bohrungen, die für die Exploration von Kohlenwasserstoffen gemacht werden, zusammen mit gravimetrischen Daten beschreiben die Struktur der oberen 5 km der Erdkruste sehr gut. Die Tiefe und Form der Moho ist dagegen weniger genau bekannt. Allerdings deuten die vorhandenen Informationen auf eine 60 km tiefe Krustenwurzel unter den kuppelförmigen Fenstern. Die Kruste des arabischen Vorlands ist 40-45 km dick, was übereinstimmt mit der Krustendicke eines alten Kratons. Umgekehrt nimmt die Tiefe der Moho nach Norden ab, bis auf weniger als 40 km unter der Küstenebene, was mit der Mohotiefe eines ehemaligen passiven Kontinentalrandes in Einklang steht. Weiter im Norden unter dem Meeresboden des Golfs von Oman ist die Moho 25-30 km tief. Die Interpretation von allochthonen Ophioliten wird mit den ca. 1 km dicken Hauptklippen, die südlich von den tektonischen Fenstern liegen, bestätigt. Die Ophiolite im Norden sind ca. 5 km dick. Mantel Die seismische Tomographie zeigt, dass Arabia, wie unter einem alten Kraton erwartet wird, eine kalte Lithosphäre hat. In einem grösseren Massstab wird Eurasia von einer heissen Mantellithosphäre unterlagert. Die Arabia-Eurasia lithosphärische Sutur folgt dabei etwa der Oberflächenspur der ophiolitischen Sutur entlang der nordöstlichen Seite des Zagros-Gebirges. Die lithosphärische Sutur scheint an der Zagros-Makran Grenze verschoben zu sein. Ab dieser Grenze erstreckt sich die arabische Lithosphäre nach Norden unter den Lut-Block Zentralirans. jpb-Oman Tektonik – WS2016 239 Nach Al-Lazki et al. 2014 Geological Society, London, Special Publications, 392, 45–60 Die hohe Geschwindigkeit der arabischen Lithosphäre hat einen scharfen Kontakt mit einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich unterhalb des westlichen Makrans, was wiederum eine scharfe Geschwindigkeitsgrenze mit dem östlichen Makran zeigt. Diese lithosphärische Information impliziert eine Segmentierung der Oman Subduktionszone, aber das seismische Netz ist nicht ausreichend dicht, um hochaufgelöste Bilder des aktiven Systems zu liefern. Schlussfolgerungen – Tektonische Entwicklung des Oman-Gebirges - Der Oman und der Zentraliran waren zusammen Teil von Gondwana im Präkambrium bis Paläozoikum. - Ein Hebungsereignis mit weitverbreitetem Vulkanismus im späten Karbon könnte ein erstes Anzeichen von Riftbildung und einer Trennung der beiden Kontinentalblöcke sein. - Mittel- bis Spät-Permische Extension erzeugte ein grosses, intrakontinentales Becken am nordöstlichen Rand der arabischen Plattform. - Fortdauerndes Rifting des Beckens und das Aufbrechen der Kruste am nördlichen Rand von Arabien führte zur Öffnung der Neo-Tethys in mittel- bis spät-triassischer Zeit. Vom späten Perm bis in die mittlere Kreide stellte der Oman einen Teil einer grossen Karbonatplattform auf dem passiven, südlichen Kontinentalrand des Tethys Ozeans dar. Im Ozean wurden pelagische Sedimente, wie die typische Hawasina Tiefseeabfolge, abgelagert. - Im Jura bis zur frühen Kreide, um 95 Ma, war langsame, pelagische und turbiditische Sedimentation dominant. - Eine intra-ozeanische Subduktion begann vor ca. 90 Ma nahe eines "toten" ozeanischen Rückens. Dieses Alter für den Beginn der intraozeanischen Subduktion ist bemerkenswert gleichbleibend entlang der Kollisionszone von der Türkei bis in den Oman. Die Kruste der Neo-Tethys wurde in der spätkretazischen, nach Norden einfallenden, intra-ozeanischen Subduktionszone im Norden des arabischen Kontinents verschluckt. Die Sedimentbedeckung der Neo-Tethys bildete dabei einen Akkretionskeil (Hawasina und coloured Mélange) bis ins späte Cenoman. jpb-Oman Tektonik – WS2016 240 - Während sich die arabische Platte nach und nach nordwärts bewegte, kam sie unterhalb einer Schuppe der ozeanischen Lithosphäre der Tethys in die Subduktionszone. Die Obduktion (d.h. Subduktion des arabischen Kontinentalrandes unter die überfahrende ozeanische Platte) begann vor etwa 90 Ma. 200 bis 600 km der Übergangs- und kontinentalen Lithosphäre wurden in dieser Zone subduziert. Die gesamte Obduktion und Platznahme der Sumail Ophiolite dauerte ungefähr 27 Millionen Jahre, von 95 bis 68 Ma, während der späten Kreide. Die Verschiebung der Ophiolite betrug ca. 400 km mit einer durchschnittlichen Rate von ca. 2cm/a. Während dieses Intervalls wurden die allochthonen Decken durch die intensive Überschiebung der ozeanischen und jpb-Oman Tektonik – WS2016 241 Kontinentalhangsedimente zusammengebaut, die sich ursprünglich auf dem arabischen (Oman) Kontinentalrand und Tethys Ozeanboden entwickelten. - Die Hochdruckgesteine wurden gleich nach der Obduktion (80-70 Ma) an die Erdoberfläche gebracht. - Die fortschreitende Konvergenz schuf eine weitere Subduktionszone (Proto-Makran). Die daraus resultierende Entlastung der Kruste an der vorhergehenden Subduktionsstelle ermöglichte die Hebung des halb-begrabenen Kontinentalrandes von Oman. Die darüberliegende Hawasina-Abfolge und das ehemalige Hangende des Sumail-Ophiolits kollabierten und breiteten sich dann weiter auf dem arabischen Schelf aus. Die Mechanismen einer schnellen Exhumation während der Plattenkonvergenz sind ein Diskussionspunkt. Die Frage ist, wie Abschiebungen und damit verbundene schnelle Exhumation von Hochdruckgesteinen mit gleichzeitigen Überschiebungen und Plattenkonvergenz kombiniert werden können. - Im Maastricht (70-65 Ma) wurden alle Decken teilweise erodiert und durch transgressive Flachwasserkarbonate überlagert. - Der Akkretionskeil von Makran mit einem Alter von Maastricht bis Eozän liegt im Liegenden eines Ophiolits infolge der immer noch aktiven Kollision zwischen Eurasien und Arabien nach dem Eozän und der Hebung vom Oman im Oligozän. - Die Zagros-Falten entwickelten sich ab dem Pliozän. - Die Kontinent-Kontinent Kollision zwischen Oman und Makran hat (noch) nicht stattgefunden. Fragen Warum wurde die Obduktion abgebrochen und nordwärts versetzt in die Makran-Subduktion? Wie wurden Tiefengesteine (Blauschieferassoziationen) konvergenten System exhumiert? in einem Empfohlene Literatur Boudier F., Bouchez J.L., Nicolas A., Cannat M., Ceuleneer G., Misseri M. & Montigny R. - 1985. Kinematic of Ocean thrusting in the Oman Ophiolite: model of plate convergence. Earth and Planetary Science Letters 75, 215-222. Boudier F. & Nicolas A. - 1988. The ophiolites of Oman. Tectonophysics. Breton J.-P., Béchennec F., Le Métou J., Moen-Morel L. & Razin P. - 2004. Eoalpine (Cretaceous) evolution of the Oman Tethyan continental margin: insights from a structural field study in Jabal Akhdar (Oman Mountains). GeoArabia 9 (2), 1-18. Coleman R.G. - 1981. Tectonic setting for ophiolite obduction in Oman. Journal of Geophysical Research 86 (B4), 2497-2508. Lippard S.J., Shelton A.W. & Gass I.G. - 1986. The ophiolite of Northern Oman. Geological Society of London, Memoir 11, 178 p. Robertson A.H.F., Searle M.P. & Ries A.C. - 1990. The geology and tectonics of the Oman region, Geological Society Special Publication, London, 49, 845 p. Rollinson H.R., Searle M.P., Abbasi I.A., Al-Lazki A. & Al Kindi M.H. - 2014. 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